import java.util.Stack;

public class Sort {

    /**
     * 直接插入排序
     *时间复杂度：
     * 最好情况：数组有序的时候 1 2 3 4 5 ： O(N)
     * 最坏情况：数组逆序的时候 5 4 3 2 1 ： O(N^2)
     * 结论：当所给的数据 越有序 排序就越快
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     *    一个本身稳定的排序 是可以实现为不稳定的排序的
     *    一个本身不稳定的排序 是不能实现为稳定的排序的
     *    稳定性是指当给出的数据中有重复元素时，排序前后，重复元素的相对位置不变
     * @param array
     */
    public static void InsertSort(int[] array){
        for(int i = 1; i < array.length; i++){
            int j = i - 1;
            int tmp = array[i];
            for(;j >= 0; j--){
                if(array[j] > tmp){
                   array[j + 1] = array[j];
                }else {
//                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 希尔排序：
     * 时间复杂度：O(N^1.3) - O(N^1.5)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的
     * @param array
     */
    public static void shellSort(int[] array){
        int gap = array.length;
        while(gap > 1){
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    public static void shell(int[] array, int gap){
        for(int i = gap; i < array.length; i++){
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for(; j >= 0; j-= gap){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + gap] = array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 直接选择排序：
     * 时间复杂度：最好情况和最坏情况：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定的
     * @param array
     */
    public static void selectSort(int[] array){
        for(int i = 0; i < array.length; i++){
            int minIndex = i;
            for(int j = i + 1; j < array.length; j++){
                if(array[j] < array[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            int tmp = array[i];
            array[i] = array[minIndex];
            array[minIndex] = tmp;
        }
    }

    public static void selectSort2(int[] array){
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        while(left <right){
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for(int j = left+1; j <= right; j++){
                if(array[j] < array[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
                if(array[j] > array[maxIndex]){
                    maxIndex = j;
                }
            }
            swap(array, left, minIndex);
            if(maxIndex == left){
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * @param array
     */
    public static void heapSort(int[] array){
        createBigHeap(array);
        int end = array.length-1;
        while(end > 0){
            swap(array, 0, end);
            shiftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    public static void createBigHeap(int[] array){
        for (int parent = ((array.length-1)-1)/2; parent >=0; parent--){
            shiftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    public static void shiftDown(int[] array, int parent, int end){
        int child = 2*parent + 1;
        while(child < end){
            if(child+1 <end && array[child+1] > array[child]){
                child++;
            }
            if(array[child] > array[parent]){
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = 2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序：
     * 时间复杂度：O(N^2)  如果加了优化  最好情况：O(N)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定的排序
     * @param array
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        for(int i = 0; i < array.length - 1; i++){
            boolean flag = false;
            for(int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++){
                if(array[j] > array[j+1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flag = true;
                }
            }
            if(flag == false){
                return;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序：
     * 时间复杂度：最好 O(N*logN) 最坏O(N^2)
     * 空间复杂度：O(N)
     * @param array
     */
    public static void quickSort(int[] array){

        quick(array,0,array.length-1);

    }

    /**
     * 快速排序非递归
     * @param array
     */
    public static void quickSortNor(int[] array){
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length-1;
        //找基准，区间内排序
        int pivot = partition(array,left,right);
        //区间内排序
        if(pivot-1 > left){
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot+1 < right){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }
        while(!stack.isEmpty()){
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(array,left,right);
            if(pivot-1 > left){
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot+1 < right){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 区间插入排序
     * @param array
     * @param begin
     * @param end
     */
    public static void InsertSortRange(int[] array,int begin, int end){
        for(int i = begin+1; i <= end; i++){
            int j = i - 1;
            int tmp = array[i];
            for(;j >= 0; j--){
                if(array[j] > tmp){
                    array[j + 1] = array[j];
                }else {
//                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }


    public static void quick(int[] array,int start,int end){

        if(start >= end){
            return;
        }

        if(end - start +1 <= 7){
            InsertSortRange(array,start,end);
            return;
        }

        //三数取中
       int index =  midOfThree(array,start,end);
        swap(array,start,index);
        int pivot = partition(array, start, end);

        quick(array,start,pivot - 1);
        quick(array,pivot + 1,end);

    }

    /**
     * 三数取中
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    private static int midOfThree(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if(array[left] < array[right]){
            if(array[mid] < array[left]){
                return left;
            }else if(array[mid] > array[right]){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }else {
            if(array[mid] > array[left]){
                return left;
            }else if(array[mid] < array[right]){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * Hoare法
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    public static int partition1(int[] array, int left, int right){
        int key = array[left];
        int i = left;
        while (left < right){
            while (left < right && array[right] >= key){
                right--;
            }
            while(left < right && array[left] <= key){
                left++;
            }
            swap(array,left,right);
        }
        swap(array,i,left);
        return left;
    }

    /**
     * 挖坑法
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    public static int partition2(int[] array, int left, int right){
        int key = array[left];
        while (left < right){
            while (left < right && array[right] >= key){
                right--;
            }
            array[left] = array[right];
            while(left < right && array[left] <= key){
                left++;
            }
            array[right] = array[left];
        }
        array[left] = key;
        return left;
    }

    /**
     * 左右指针法
     * @param array
     * @param left
     * @param right
     * @return
     */
    public static int partition(int[] array, int left, int right){
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right){
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]){
                swap(array,prev,cur);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }





    private static void swap(int[] array, int i, int j){
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    /**
     * 归并排序：
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * @param array
     */
    public static void mergeSort(int[] array){
        
        mergeSortFunc(array, 0, array.length-1);
    }

    private static void mergeSortFunc(int[] array, int left, int right) {

        if(left >= right){
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortFunc(array, left, mid);
        mergeSortFunc(array, mid + 1, right);
        merge(array, left, right, mid);
    }


    private static void merge(int[] array, int left, int right, int mid) {
        int s1 = left;
        int s2 = mid+1;
        int[] temp = new int[right - left + 1];
        int k = 0;
        //证明这两个区间 同时是有数据的
        while (s1 <= mid && s2 <= right){
            if(array[s1] >= array[s2]){
                temp[k++] = array[s2++];
            }else {
                temp[k++] = array[s1++];
            }
        }
        while(s1 <= mid){
            temp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2 <= right){
            temp[k++] = array[s2++];
        }
        //temp 里面一定是这个区间内有序的数据了
        for(int i = 0; i < temp.length; i++){
            array[i + left] = temp[i];
        }
    }

    public static void mergeSortNor(int[] array){
        int gap = 1;
        while(gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i++) {
//                int left = i;
                int mid = i + gap - 1;
                int right = mid + gap;
                if(mid >= array.length){
                    mid = array.length - 1;
                }
                if(right >= array.length){
                    right = array.length - 1;
                }
                merge(array, i, right, mid);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    public static void countSort(int[] array){
        int minVal = array[0];
        int maxVal = array[0];
        //求当前数组的最大值 和 最小值
        for(int i = 1; i < array.length; i++){
            if(array[i] <= minVal){
                minVal = array[i];
            }
            if(array[i] >= maxVal){
                maxVal = array[i];
            }
        }
        //确定数组的大小
        int[] count = new int[maxVal - minVal + 1];

        //遍历原来的数组  开始计数
        for(int i = 0; i < array.length; i++){
            count[array[i] - minVal]++;
        }

        //遍历计数数组  写回原来数组
        int index = 0;//重新表示array
        for(int i = 0; i < count.length; i++){
            while(count[i] > 0){
                array[index] = i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }


}
